WZC-60型真空淬火爐講解

1、真空淬火爐設(shè)計說明書姓名:子節(jié).班級:指導(dǎo)教師：中勇峰2013.7真空淬火爐設(shè)計、設(shè)計任務(wù)說明WZC-60型真空淬火爐技術(shù)參數(shù):項目單位指標(biāo)爐子后效尺寸mm900 X600 X450最大裝爐量kg210最大溫度C1300壓升率Pa/h0.67額定功率kw100第1頁二、確定爐體結(jié)構(gòu)和尺寸1.爐膛尺寸的確定由設(shè)計說明書中，真空加熱爐的有效加熱尺寸為900mme600mrK450mm,隔熱屏內(nèi)部結(jié)構(gòu)尺寸主要根據(jù)處理工件的形狀、尺寸和爐子的生產(chǎn)率決定，并應(yīng)考慮到爐子的加熱效果、爐溫均勻性、檢修和裝出料操作的方便。從傳熱學(xué)的觀點看，圓筒形的隔熱屏熱損失最小，而且強(qiáng)度好，易于制造。宜盡量采用。一般隔熱屏

2、的內(nèi)表面與加熱器之間的距離約為50100mm加熱器與工件(或夾具、料筐)之間的距離為50 150mm隔熱屏兩端通常不布置加熱器，溫度偏低。因此，隔熱屏每端應(yīng)大于有效加熱區(qū)約150 300mm或更長一些。則：L= 900+ 2 X(150 300) = 12001500mmB= 600+ 2 X(50 150) + 2 X(50 100)= 8001100mmH= 450+ 2 X(50 -150)+2 X(50 100)L=1400mm= 650950mmB=900mm為了制造方便，取 L=1400mm B=900mm H=840mmH=840 mm2、爐襯隔熱材料的選擇由于爐子四周具有相似的

3、工作環(huán)境，我們一般選用相同的材料。為簡單起見，爐門及出爐口我們也采用相同的結(jié)構(gòu)和材料。這里我們選用金屬隔熱屏，依據(jù)爐膽的型式和形狀，作成圓筒形包圍電熱元件，以便把熱量反射回加熱區(qū)，從而起到隔熱效果，高溫時用鋁、鴇、包片。溫度低于900c時可選用不銹鋼薄板，由于加熱爐的最高使用溫度為1300C,屏的隔熱效果與層數(shù)n的關(guān)系大體按1/(n+1)變化。即：-1-Qn Q(kW)(n 1)式中：Qn 安裝n層隔熱屏后的熱量(kWn 隔熱屏層數(shù)Q 加熱室熱量(爐子功率換算為熱量)(kVV通常1300c的熱處理爐以6層屏為宜。這里我們采用六層全金屬隔熱屏，其中內(nèi)三層為鋁層，外三層為不銹鋼層 ，以降低 成本。

4、按設(shè)計計算，第一層鋁輻射屏與爐溫相等，以后各輻射屏逐層降低，鋁層每層降低 250c左右，不銹鋼層每層降低150c左右。則按上述設(shè)計，各層的設(shè)計溫度為：第一層:1300 C ;第二層：1050 C;第三層：800 C ;第四層：550 C ;第五層：400 C ;第六層：250 C;水冷夾層內(nèi)壁：100c最后水冷加層內(nèi)壁的溫度為100c<150C,符合要求。3、各隔熱層、爐殼內(nèi)壁的面積及厚度(1)隔熱屏由于隔熱層屏與屏之間的間距約 815mm這里我們?nèi)?0mm鋁層厚度為0.2mm- 0.5mm 這里取0.3mm 不銹鋼層厚度0.5mm- 1.0mm這里取0.6mm屏的各層間通過螺釘和隔套隔

5、開。第一層面積：F1=2XL1 B1 L1 H1 B1 H1= 2X(1400 X900+ 1400X840+ 900X840)= 6.384 m2第二層面積：F2=2XL2 B2 L2 H 2 B2 H 2=2X (1410X910+ 1410X850+ 910X850)= 6.5102 m2第三層面積：F3=2XL3 B3 L3 H 3 B3 H 3=2X (1420X920+ 1420X860+ 920X860)= 6.6376 m2第四層面積：F1=6.384 m2F2=6.5102 m2F3=6.6376 m2F4=2XL4B4 L4 H 4 B4 H 4=2X (1430X930+

6、 1430X870+ 930X870)= 6.7662 m2F46.7662 m2第五層面積:F5=2XL5B5L5 H 5 B5 H 5=2X (1440X940+ 1440X880+ 940X880)= 6.8960 m2F56.8960 m2第六層面積:F6=2XL6B6L6H 6B6H 6=2X (1450X950+ 1450X890+ 950X890)= 7.027 m2F67.027 m2(2)爐殼內(nèi)壁爐殼采用雙層冷冷卻水結(jié)構(gòu)，真空淬火爐對真空度的要 求比較高，而且 WZC-60s于大型真空淬火爐，由于不銹鋼板材料較貴，特別對大型爐殼，耗材多、造價高，最終，在性 能和成本之間均衡后

7、選擇1CU8Ni9Ti-A3鋼板作為爐體材料。爐殼內(nèi)壁面積:F> 2 X L冷B>L冷H冷B冷H冷=2X (1460X960+1460X910+960X910)= 7.2076 m2= 7.2076 m2圓筒狀完體只承受外壓時，可按穩(wěn)定條件計算。有受外 壓1X105Pa,水壓實驗按P水=2X105Pa計。真空爐的爐殼厚度由以下公式給出:S01.25DB(-P)0.4EtDB第-5 -頁式中：S0殼體圓筒計算壁厚（mm）DB圓筒直徑（mm）,這里為900mmP外壓設(shè)計壓力（MPa）,為0.3MpaL殼體圓筒的計算長度（mm）,為1360mmE 材料溫度為t時的彈性模量（MPa）,1C

8、U8Ni9Ti A3鋼板的 彈性模量為533000MpaS01.25 900 (0.3 1460 0.4 533000 900)12.69mm 13mm實際爐體厚度為S=S+C 其中：C=C+C+GC壁厚的附加量（mrmG鋼板的最大負(fù)公差附加量（mrmC2腐蝕裕度（mrmG風(fēng)頭沖壓的拉伸減薄量（mrm 由表得C為0.8mm篇/。合金號直蝴大觸/附Ml3 454卜25小34所也Q.2X2£ :0.SU5LtC2在單面腐蝕下取1mm G為厚度的10%這里G=1mm所以，C=2.8mm 故 S=14+2.8=16.8mm 取整 S=17mm S=17mm對于水冷真空爐，還需要進(jìn)行水壓試驗來

9、校驗強(qiáng)度確定壁厚是否滿足使用需求。So =225.5 XB/J1ZT= 225.5 X91/ V360 106 =0.903 cm式中：B矩形板窄邊長度，B= 91 cm;1CU8Ni9Ti-A3鋼的彎曲許用應(yīng)力為 533Mpa圓筒爐殼水壓試驗時，應(yīng)校核壁上應(yīng)力。進(jìn)行水套水壓試驗，一般水套內(nèi)通入（23）10 5Pa （表壓）的壓力。此外，還要加上1 xi05Pa抽空壓力（內(nèi)抽真空受的力）。其圓筒經(jīng)的應(yīng)力水壓試驗時，其應(yīng)力為_2 _0.9= 422.5Mpas =479.7Mpa=17 mm_ 0.5B Pk0.5 912 2 105“ 一 ”=2 = 422.5Mpa<0.9 s = 4

10、79.7Mpa1.7 0.3則所需壁厚符合要求，即S= 17 mmS（3）爐門與封頭的確定真空熱處理爐通常采用雙層橢圓形爐門，中間通水冷卻。爐門形狀可分為圓形通，采用標(biāo)準(zhǔn)橢圓形封頭作門板，爐門上的法蘭要求精加工，加工中變形量一般應(yīng) <0.5mm由于爐門法蘭和殼體法蘭是密封面，通過法蘭上開設(shè)的密封槽及密封團(tuán)密封，法蘭加工要求平整，精度高，密封槽尺寸應(yīng)核確銃 制加工，配合面應(yīng)磨削加工。真空熱處理設(shè)備的封頭壁厚可以按爐殼設(shè)計計算，封頭 主要有平蓋封頭、橢圓封頭與碟形封頭三種。從受外壓角度 力學(xué)分析來說，無折邊球面端封頭受力狀況較好，受力均布, 因而本次設(shè)計采用無折邊球面端封頭。封頭由以下公式確

11、定 ：（算法按凸形封頭橢圓形封頭計算）第-13 -頁1.7PDb ? Db4nP - 2hB式中S封頭計算壁厚（mm）p 外壓設(shè)計壓力（MPa）M 系數(shù),M=1（3 ）Db封頭直邊部分內(nèi)徑（mm）r碟形封頭圓角半徑（mm）hB封頭凸出部分內(nèi)邊高度 （mm）焊縫系數(shù)許用應(yīng)力（MPa）Rb 碟形封頭球形部分內(nèi)半徑（mm）帶入數(shù)據(jù)后，封頭選型取為:外徑Dn 1100厚度S 16mm質(zhì)量 m=138kg容積 V 0.1624m3當(dāng)量球殼內(nèi)半徑 R KDn 1 1100 1100mm三、爐子熱平衡計算根據(jù)熱平衡方程式Q總=Q有效+Q損失+ Q蓄式中：Q總一一加熱器發(fā)出的總熱量（kJ/h）；Q有效一一有效

12、熱消耗，即加熱工件及工夾具所消耗的熱量Q損失一一無功熱損失（kJ/h）Q蓄一一加熱過程中爐子結(jié)構(gòu)蓄熱消耗的熱量。1、有效熱消耗的計算Q有效=Q工+ Q夾Q工=GC（t1-t 0）式中：Q有效有效熱消耗（kJ/h）;Q工一一工件加熱消耗熱量（kJ/h）;Q夾一一夾具加熱消耗熱量（kJ/h）;G-一爐子生產(chǎn)率（kg/h）;ti一一工件的最終溫度（C）,一般取爐溫；10一一工件的起始溫度，（C）, 一股取室溫；C工件在溫度11和10時的平均比熱容kJ /（kg K）工件和夾具在1300c和20c的比熱容分別為Ci =0.636kJ/（kg ? C）和 C0 =0.486kJ/（kg ? C）,它們的

13、質(zhì)量分別為G=160kge夾=10kg則Q有效=Q工+Q夾= （Gz+G夾）x（CJiC°t。）= （120+ 10） X（0.636 X1300- 0.486 X20）=138903.6kJ/hQ有效=138903.6kJ/h2、無功熱損失的計算Q 損失=Q+Q+Q+Q式中：Q-通過隔熱層輻射給水冷壁的熱損失Q-水冷電極傳導(dǎo)的熱損失Q-熱短路造成的熱損失Q-其它熱損失（1）、通過隔熱屏熱損失Q1的計算電熱元件、隔熱屏的黑度為：熱=0.95;1=0.133;2 =0.096;3 = 0.073;4= 5= 6 = 0.5 ; 冷=0.56。在輻射系數(shù)的測算中，參考工業(yè)應(yīng)用中管狀加熱體

14、平均的單位表面功率13W/cm,參考要求中給出的100kW勺功率得到 加熱體表面積大概為=0.76923 m2100kW213W/cm20.76923m則導(dǎo)來輻射系數(shù):4.96,076923 , i 0.956.3840 0.133= 2.6984kJ/( m2 hK4)其中F1由前面算得,F熱為加熱兀件的表面積。同樣計算得:C12 4.96Fi 14.966.384110.133 6.5102 0.0964、= 0.2961kJ/( nfhK)4.96F2F 334.9616.51021 d10.096 6.6376 0.096= 0.2524kJ/( nfhK4)C344.961F311一

15、 一一13 F444.9616.6376 110.096 6.7662 0.5= 0.4352kJ/( m2 h K4)4.96F4 1 1F554.961 6.7662_110.5 6.8960 0.5=1.6638kJ/( m2 hK4)C564.96F51F664.961 6.8960 110.5 7.2076 0.5=1.6775kJ/( m2 h K4)C6冷4.96F6 1 1F>冷4.9617.027110.5 7.2076 0.561.7932kJ/( m2 hK4)Q1 T熱10014T冷100C熱？ 5熱C1 ? F11C 冷? F62.6420 0.76923416

16、73100 10.296143731006.03601.7900 6.6569=33742.5kJ/hQ133742.5 kJ/h式中:T熱電熱元件得絕對溫度,按高于爐子工作溫度按100c計算，即丁熱=1673K;T冷爐內(nèi)壁的絕對溫度，即按設(shè)計計算得 T冷=373K。各輻射屏的溫度的驗算:第-17 -頁4 4 . 口T1T熱入 1弟 '層: - -Qi 100100C熱1?F熱把各項數(shù)據(jù)代入上述公式，計算得T1=1562K即 11=1289C1=1289c第二層:4丁2T熱1001004-Qi 1 -C熱1 ? F熱1Ci2?Fi把各項數(shù)據(jù)代入上述公式，計算得T2=1432K即 t 2

17、=1159 C2 =1159C類似計算，得:t 3=931Ct3=931C;t 4 =702C ;t 5=605C ;4 =702Ct 6 =458 C ;t 冷=101 C5 =605 C驗算結(jié)果與前面設(shè)計的各隔熱層溫度基本相近，符合要求6=458C近，符合要求。冷=101C（2）水冷電極傳導(dǎo)的熱損失Q2計算d2根據(jù)公式：Q2 = n 4tt2式中:Q水冷電極傳導(dǎo)熱損失,(kJ /h)；n 水冷電極數(shù)，n=3;水的密度（kg/m3）,= 1.0 x103kJ/m3;c水的比熱容kJ / (kg y d水管直徑（m）, 一般取d=0. 006 0.010m/s,這里水的流速（m/h）,對軟水一

18、般取 O. 8m/s1. 2m/s, 對中等硬度水一般取1.2m/s 3m/s,這里對于中等 硬度水取 =2m/s11冷卻水出口溫度（C）. 一般取30-35 C ；這里t 1 =30Ct2冷卻水出口溫度（C）, 一般取20-25 C ,這里t2=20C； 一個水冷電極消耗的功率約 0. 51kw。將數(shù)據(jù)帶入公式得:tlt2Q2 = n= 3X1.0 X103X0.008 2X2X4.2 X103 x（3020） =12660.48 kJ/hQ2 = 12660.48kJ/h（3）熱短路損失Q計算該項熱損失，包括隔熱層支撐件與爐壁聯(lián)接熱傳導(dǎo)損失，爐床或工件支承架短路傳導(dǎo)損失，以及其它熱短路損失

19、等。這部分熱損失很難精確計算，權(quán)據(jù)經(jīng)驗，這部分熱損失大約為 Q的5% 10%左右，這里我們?nèi)。篞3 = 8% *Q1 = 8% X33742.5 = 2699.4kJ/hQ3 = 2699.4kJ/h（4）其他熱損失Q4計算其它熱損失，加熱電偶導(dǎo)出裝置，真空管道、觀察孔、風(fēng)扇裝置等的熱損失。這部分的熱損失也很難精確計算，根據(jù)經(jīng)驗，這部分熱損失大約為 Q的3% 5%左右，取Q= (3 % 5%)這里我們?nèi)。? =1687.13KJ/h損失=50789.43kJ/hQ4 = 5% *Qi =5% X33742.5 = 1687.13kJ/hQ則：Q 損失=Qi + Q2 + Q3 + Q4=337

20、42.5 + 12660.4 + 2699.4 + 1687.13= 50789.43kJ/hQ3、結(jié)構(gòu)的蓄熱量爐子結(jié)構(gòu)蓄熱消耗是指爐子從室溫加熱至工作溫度，并達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)即熱平衡時爐子結(jié)構(gòu)件所吸收的熱量，對于連續(xù)式爐，這部分銷耗可不計算。對于周期式爐，此項消耗是相當(dāng)大的，它直接影響爐子的開溫時間，對確定爐子功率有很重要的意義。爐子結(jié)薔熱量是隔熱層、爐床、爐殼內(nèi)壁等熱消耗之總和。計算公式如下：GCm g tQ蓄式中：Q蓄結(jié)構(gòu)蓄熱量(kJ/h);G結(jié)構(gòu)件重量(kg)；Cm-結(jié)構(gòu)件材料的平均比熱容kJ /(kg qt結(jié)構(gòu)件增加的溫度(C);爐子的升溫時間(h)。(1)隔熱層的蓄熱量第-35 -頁第

21、一層:G=鑰？Fi?bi= 10.2 X103 X6.384 X0.3 X10 3 = 19.53 kgGq1 = GCm t t0= 18.60 X0.259 X (1301-20) =6171.1kJq第二層：G=鑰？F2?b2= 10.2 X103 X6.5102 X0.3 X10 3 = 19.92 kgGq2 = GzCm t2 t0= 18.98 X0.259 X (1159 20) = 5599.5kJq第三層：回=鑰？F3?b3= 10.2 X103 X6.6376 X0.3 X10 3 = 20.31 kgGq3 GsCm t3 t0= 19.22 X0.259 X (931

22、-20) =4535.3kJq第四層：G4 =鋼？ F4 ?b4= 7.9 X103 X6.7662 X0.6 X10 3 =32.07 kgGq4 G4Cm t4 t0= 30.37 X0.5041 X (70220) = 10439.5kJq第五層：G5 =鋼？ F5 ?b51 = 19.53 kg1 =6171.1kJ2 = 19.92 kg2 =5599.5kJ3 = 20.31 kg3 =4535.3kJ4 = 32.07 kg4 =10439.5kJ= 7.9 X103 X6.8960 X0.6 X10 3 =32.69 kg45 = 655 t0= 30.96 X0.5041 X

23、 (605 20) =9130.6kJ第六層：G6 鋼？F6?bs= 7.9 X103 X7.027 X0.6 X10 3 =33.31 kgq6 G6cm t6 t0= 31.56 X0.5041 X (458-20) =6969.1kJ(2)、爐殼內(nèi)壁的蓄熱量Gj 鋼？ F冷？6令= 7.9 X103 X7.2076 X18X10 3 = 1024.9 kg由于內(nèi)壁溫度由內(nèi)到外以此降低，內(nèi)部溫度為100C,外部溫度為20Co則：q 冷=1/2 G冷 Cm t冷 t0= 1/2 X1024.9 X0.4682 乂 (10020)= 19194.3kJq于是：q q2qi冷=6171.1 55

24、99.1 4535.3 10439.5 9130.66969.1 18074.4= 60919.1 kJ/h32.69 kg= 9130.6kJ33.31 kg6969.1kJ= 1024.9 kg= 19194.3kJ60919.1 kJ/h4、爐子功率的驗證爐子應(yīng)供給的總熱量:Q總=Qt效+ Q員失+ Q蓄= 138903.6 + 50789.43 + 60919.1= 250612.13 kJ/hQ則爐子總負(fù)載功率N總川總=K-Q = 1.2 x250612.13 = 83.65kw 35953595與爐子所要求的設(shè)計功率100kw相近，則取N 總=100kw?？蛰d升溫功率：N總=250

25、612.13 kJ/h總=100kwQ損失 Q蓄 50789.43 60919.1八,=31.07kw3595空載升溫時間:Q蓄 _3595 。價總0.8Q損失3595359560919.1J3595: 0.25h50660.70.8 100 0.83595四、電熱元件的選擇及布置對于中小型加熱爐，為了保證加熱的均勻性，在爐膛的四周都不知上加熱元件，即兩底面和兩側(cè)面都按上加熱元件,空=31.07kw= 0.25h由于爐溫最高溫度達(dá)1300C,而加熱元件的溫度則為1400 C,殼選用石墨棒為加熱元件，所加電壓為 200V。根據(jù)加熱室的形狀尺寸，確定石墨棒的有效加熱長度為L=600nim,每個面上

26、都布置有6根石墨棒，四個面上共4X6=24根。每8根為一組進(jìn)行三相星形連接，每組分配功率為33kw。這樣，可使每一個電熱元件的功率不致過大，便于調(diào)節(jié)爐溫并保持其均勻性，同時電熱元件尺寸可在最常用的范 圍內(nèi)。U 2十l由公式Rt =和F= t PR式中:2.F電熱兀件的截面積（mm）；t電熱元件在工作溫度時的電阻系數(shù)（Q mmi/m）R 電熱元件在工彳溫度時的電阻（0）;l電熱元件有效加熱段長度（m）。自：F=lUrU?P= 12xLJ0L20010 3“_3c 2F=47.52 mm2X33 X103 = 47.52mnf設(shè)石墨棒的外徑D- 10 mm,則其內(nèi)徑：D2 F102 47.52d=

27、 J-=6.3 mm，44為保證功率滿足要求，取 d = 7mm=10 mm根據(jù)計算，選用星形方式連接，石墨棒的外 D= 10 mm ,=7 mm內(nèi)徑d = 7mm,電熱元件在靠近爐口的部分其間距應(yīng)稍小一d些，以使?fàn)t口處溫度不致過低。其電源為三相，使用磁性調(diào)壓器。五、工件進(jìn)出料傳送裝置設(shè)計臥式油（氣）淬火真空爐的工件傳輸機(jī)構(gòu)通常由三部分組成，即水平運行機(jī)構(gòu)，取放工件升降機(jī)構(gòu)；工件淬火升降機(jī)構(gòu)。其中水平運行機(jī)構(gòu)采用推拉式傳動機(jī)構(gòu)，把工件 （料筐）放于小車上，推拉小車進(jìn)入加熱室的加熱位置進(jìn)行加熱，保溫結(jié)束后，傳送機(jī)構(gòu)將工件運送至工作位置進(jìn)行淬火。六、其他部件的設(shè)計計算1、冷卻系統(tǒng)設(shè)計（1）冷卻水消

28、耗計算Q殼 = Q1 Q2 Q4=33628.5 + 12660.48 + 1681.4 =47970.38kJ/hF外壁2 （L外B外b卜H外B外H外）F外壁=2 (1480 980 1480 920 980 920) 7.43m2外壁的參數(shù)由內(nèi)壁參數(shù)加上壁厚 S與水冷區(qū)厚度而得，約為20Q 散= 780F 外壁=780X7.43 =5795 kJ/hG水=Q散t247970.38 57954.2 10340 20= 0.5 kg式中:G水爐殼冷卻水消耗量（kg/h）;Q殼通過爐殼總的熱損失（kJ/h）;Q散一一通過滬殼散人周圍空氣的熱損失（kJ/h）C水的比熱 ti 出水口水的溫度（C）；

29、t 2進(jìn)水口水的溫度（C）。3水0.5mV水=&= 05 =0.5m3V水 1.0（2）確定水在水殼內(nèi)的經(jīng)濟(jì)流速和當(dāng)量直徑器管內(nèi)為軟水，流速為1.5m/s,則水流管得當(dāng)量直徑為：40.5=11 mmd= J4V J3600 =11 mmd,1.5式中：d當(dāng)量直徑（m）;水的經(jīng)濟(jì)流速（m/ s）;V一一水的容積流量（m3/s）（3）球?qū)α鳠釗Q系數(shù)= 0.113310d d0.8一 一一 3310 11 1011 10: 0.113 X:=37.91 kJ/( 1tfh )= 37.91KJ/( 1tfh )驗算水冷爐壁得溫度t壁(C)205.7? N=-+ t 水=205.7 11.81

30、+ 20=29.1 C<100C 符合要求37.91 7.05N冷卻水帶走的熱量,t壁=29.1 C <100 C符合要求Q 殼 Q 散47970.38 5795 一”，N= 11.73kw35953595(5)冷卻水的管道設(shè)計進(jìn)水管徑的確定進(jìn)水管直徑d=15mm,出水管徑稍大些為D= 18 mm0=15 mm=18 mm回水管直徑的確定下水管道的流速2 = «2gh = V2 9.8 0.2 =2.0m/s則下水管道截面直徑D2 =0.4 43600 2.0= 9.4 mm取 D2=10mm2 =10mm(6)水的軟化和攝環(huán)水的應(yīng)用經(jīng)軟化后循環(huán)水可提高其出水溫度，一般出

31、水溫度為50 60T(7)水冷系統(tǒng)的安全保護(hù)1)水壓保護(hù)和監(jiān)測，安裝水壓繼電器及水壓表2)儲水箱2.水冷電極水冷電極是將電能引入到爐內(nèi)電熱元件上的導(dǎo)電裝置， 在設(shè)計上主要注意一下幾點：(1)水冷電極與爐室內(nèi)電熱元件相連，通過爐殼時要保證 良好的密封。通常用真空橡膠圈或聚四氟乙烯圈密封。通水 的目的是防止溫度過高，燒壞密封圈。(2)電極與爐殼應(yīng)有良好的絕緣性能，往往兩者間用玻璃 纖維板、云母、夾布膠木或聚四氟乙烯等材料制的套圈隔開。(3)電極要有足夠大的斷面積，通常用紫銅制造，在有水 冷的情況下，電流密度允許值為 10 18A/mm2。(4)電極與電熱元件以及電極與電源連線間應(yīng)接觸良好， 并有足

32、夠大的接觸面積，拆裝方便。(5)電極的熱損失要盡量小。3 .觀察窗觀察窗是真空爐工作時用于觀察工件受熱情況得，要求 結(jié)構(gòu)簡單，觀察高度適宜，其尺寸的大小在滿足觀察視野的 前提下，應(yīng)盡量小些。觀察窗上的玻璃要求耐溫并有一定的 強(qiáng)度。600 1100c時可選用鋁硅、高硅氧、石英玻璃。這里 觀察孔的直徑為50mm ,玻璃片直徑66mm ,玻璃片厚度為 8mm4 .熱電偶測溫裝置熱電偶作為測溫和控溫裝置的感溫元件，是真空熱處理 爐加熱室要的測試裝置，真空爐上安裝熱電偶便與一般爐子 不同，要保證熱電偶絲的引出必須符合真空密封的要求。本 設(shè)計中一般用鴇供熱電偶作為熱電偶絲。根據(jù)爐子使用溫度， 使用耐溫16

33、001700 C的高純氧化鋁作為保護(hù)管材料。5 .風(fēng)扇風(fēng)扇結(jié)構(gòu)采用液壓馬達(dá)作驅(qū)動力的風(fēng)扇裝置，主要特點是直接利用液壓馬達(dá)的法蘭安裝面作為靜密封面，省得一個 水冷卻罩，結(jié)構(gòu)簡單.密封可靠。風(fēng)扇葉輪多采用離心式葉輪， 材料為45號鋼。風(fēng)機(jī)的風(fēng)速選為10m/s6 .真空放氣閥、真空安全閥真空爐安全閥型式也有幾種，主要為防止真空爐亢氣壓力 過高保護(hù)真空爐構(gòu)件及測試元件。這里采用彈簧一膜片結(jié)構(gòu)。7 .法蘭設(shè)計遵照國標(biāo)選取真空法蘭。七、真空熱處理爐真空系統(tǒng)的設(shè)計真空熱處理設(shè)備的真空系統(tǒng)通常由獲得真空的容器(真空 爐)和真空獲得設(shè)備(真空泵機(jī)組)、控制真空和測量真空的組 件設(shè)備組成。分述如下：(1)真空泵機(jī)

34、組，根據(jù)爐子工作壓力和抽氣量的大小，分別選配有不同抽速的超高真空泵，高真空泵，中真空泵和 低真空泵。(2)在真空爐室和真空泵機(jī)組間配備的各種真空組件或真空元件，如閥門、過濾器、冷阱、波紋管、管路、密封團(tuán)和 法蘭等。(3)為了測量真空系統(tǒng)的真空度，在系統(tǒng)的不同位置上 設(shè)置測量不同壓力的真空規(guī)管或其它真空儀表，如電離規(guī)管、 熱電偶規(guī)管。通常還設(shè)有真空壓力表和其它真空測量儀表。(4) 真空檢漏儀器、真空控制儀器、充氣裝置等。1 .根據(jù)設(shè)計技術(shù)條件，確定真空系統(tǒng)方案根據(jù)所選的真空泵的極限真空度應(yīng)比爐子工作真空度高1個數(shù)量級的原則，同時考慮到真空泵應(yīng)在1-10-2 Pa真空度范圍內(nèi)有較大的抽氣速率。所以

35、，選取機(jī)械增壓泵和機(jī)械真空泵組成的真空系統(tǒng)即：羅茨泵一一機(jī)械真空泵機(jī)組。2 .真空爐必要抽速計算c L r /c 2 q 料 G 料c LrS必= 5.7 10 n 0.57?p10 2 9VP0.16_ 5 q表f q漏10 p p= 5.7X10 2 x 50 2101.2 0.57 103600 0.13340 25.33600 0.1330.16X105 v33.516 12.05 104x0.1331.861 100.133= 50.10L/sS 必=50.10L/s式中S必一一爐子的必要抽速，即為了達(dá)到所要求的真空度,從爐中抽出氣體的速度(L/s);G料一一爐料重量(kg),為21

36、0kg;被處理材料所放出的氣體量，換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 的氣體體積（cm3/100g）,通過查表可知鋼在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的放氣量為 0.150.65L/kg ,取0.50L/kg, 即 50 cm3/100g ;q襯爐襯材料單位體積中放出的氣體量，換算成標(biāo)準(zhǔn) 狀態(tài)下的氣體體積（cm3 / dm3）,取40cm3/L ;V爐襯材料的體積（dm3）,隔熱屏的體積為25.3dm3q表一一金屬結(jié)構(gòu)材料單位表面積上單位時間內(nèi)放出的氣體量，換算成標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的體積cm3/ （cm2s）, 因為一般爐內(nèi)壁均為碳鋼件，查表可得q表=9.31 Xl0-6L/s cm2 =33.516 cm3/cm2 ?h ;F一爐子金屬構(gòu)

37、件和爐壁的表面積（cm2）,F= 12.05 m2P真空度，即工作壓強(qiáng)（Pa）,為0.133Pa；r處理時間（s） , p=1h=3600s；n熱處理過程中的不均勻放氣系數(shù)，一般取為1.2,真空燒結(jié)時取為2q漏一一系統(tǒng)的漏氣率，根據(jù)設(shè)計要求為0.67Pa/h = 1.861 X10 4Pa/s。3 .根據(jù)爐子必要抽氣速率選擇主泵一般主泵的抽氣速率約等于爐子必要抽氣速率的24倍,考慮到本計算真空系統(tǒng)沒有采用障板，過濾器等。阻力損失僅 考慮管道和閥門，所以采取2倍爐子必要抽氣速率即S主=3S必=125.25L/s主=125.25/S選取ZJ 150機(jī)械增壓泵為主泵按S主選取ZJ150機(jī)械增壓泵為主

38、泵,其主要技術(shù)指標(biāo)為：抽氣速率150L/S極限真空度3.67Xl0-2Pa4 .選配前級真空泵機(jī)械增壓泵(羅茨泵)的前級真空泵的抽氣速率按下式算：c1c )，S 前輸 1530 L/s510選取2X 30旋片式真空泵為前級泵按S前選取2X 30旋片式真空泵為前級泵，其主要2X 30旋片式真技術(shù)指標(biāo)為：抽氣速率30L/s極限真空度0.22Pa5 .確定真空系統(tǒng)管及配件尺寸按所選擇的機(jī)械增壓泵和前級真空泵的性能規(guī)格，選取管道及配件如閥門等尺寸規(guī)格。(1)真空閩門真空閥門的作用是用來調(diào)節(jié)氣流或隔斷氣流，種類繁多，根據(jù)閥門的工作特性、傳動原理、結(jié)構(gòu)和用途。對真空閥的基本要求：盡可能大的流導(dǎo)，密封可靠，

39、操作簡便，密封部件磨損性好長，容易安裝和維護(hù)，有的還要 求動作平穩(wěn)快速，或者同時要求占據(jù)空間小等。（2）全屬波紋管金屬波紋管又稱彈性管，它可產(chǎn)生袖向變形，在真空爐 上廣泛應(yīng)用于機(jī)械真空泵進(jìn)口側(cè)管道上，具作用是減少機(jī)械 泵對爐體的震動；另外可用于補(bǔ)償安裝位置誤差和熱脹冷縮 的密封連接件等。真空系統(tǒng)中，對于小型管路，也可用真空 橡膠管或尼龍管內(nèi)襯彈簧結(jié)構(gòu)（金屬絲網(wǎng)尼龍管）代替金屬波 紋管。密封圈結(jié)構(gòu)密封圖形式有幾種，0型主要用于靜密封，J型和O型主要 用于動密封，此外還有金屬圈和金屬絲的密封結(jié)構(gòu)。密封形式 有靜密封和動密封，其選用依工作要求而定。冷階和過濾器根據(jù)真空熱處理爐的技術(shù)要求，提高真空系統(tǒng)

40、的真空度和 保護(hù)真空系統(tǒng)不受污染，系統(tǒng)中常附設(shè)冷阱（又稱捕集器）、 擋油器、過濾器等。冷阱可捕集真空爐油蒸氣、水蒸氣等氣 體，保護(hù)真空泵不受污染；如采用液氮冷阱.RJ提高真空度0.5 1數(shù)量級（對以Pa為單位而言）。過濾器又稱除塵器，它的作用是防止真空爐產(chǎn)生的灰塵進(jìn)入真空泵內(nèi)污染真空泵油，一般安裝在機(jī)械泵的入口端管 道中。檔油器通常裝在袖增壓泵或擴(kuò)散泵的入口，一般用水冷， 其作用是防止大量油蒸氣返入真空爐內(nèi)，污染真空爐室、 隔熱屏、加熱元件和被處理工件。八、真空熱處理的優(yōu)點正因為真空熱處理所采用的介質(zhì)是高真空，所以它相比 普通熱處理有以下優(yōu)點：1 .潔凈工件表面：真空附著在這些物體上的油脂屬普通脂肪 族，是碳、氫、氧化合物、蒸氣壓較高，在真空中加熱時被 揮發(fā)或分解，隨即被真空泵抽掉，使工件表面凈化。2 .實現(xiàn)無氧化、無脫碳加熱：由于模具均是在真空狀態(tài)下加 熱，殘余氣體的氧分壓極低，表面不氧化、不脫碳，而且不 形成任何毒性產(chǎn)物。3 .除氣作用：在真空中可除去工件原來溶解、吸收的氣體， 使金屬產(chǎn)品性能有明顯提高。4 .脫脂作用：在真空中加熱，金屬零件在機(jī)械加工和沖壓成 型過程中使用的冷卻劑、潤滑劑等油脂能自行揮發(fā)，并被真 空抽走，不致在高溫時與零件表面產(chǎn)生反應(yīng)。故可得到無氧 化、無腐蝕的非常光潔的表面。5 .節(jié)省能源：真空熱處理爐蓄熱和散熱損失小、熱效率